本文是一篇土木工程论文研究，本项目利用课题组前期开发的两种硅烷复合乳液，详细研究了硅烷复合乳液对荷载-环境耦合作用下混凝土的防护效果与机理，重点研究了荷载类型、荷载水平、硅烷类型等因素对氯离子和硫酸根离子在混凝土中分布及扩散过程的影响。（1）硅烷复合乳液的涂覆可以有效抑制氯离子在混凝土中的扩散，但是荷载水平和类型会影响到硅烷复合乳液的防护效果。以水灰比为 0.4 的混凝土为例，在拉应力区域，随着荷载水平的增大，氯离子扩散的数量更多，但是硅烷复合乳液的防护效果更好，当荷载水平为 20%时，涂覆 GS 复合乳液和 TS 复合乳液的混凝土试件在其深度 5mm 处的氯离子含量比空白试件分别降低了 41.7%和 33.3%；当荷载水平提高到 50%时，混凝土试件 5mm 处氯离子含量则分别降低了 47.5%和40.3%。在压应力区域，氯离子的浓度有所降低，当应力水平为 35%时，涂覆 GS复合乳液和 TS 复合乳液的混凝土试件在其 5mm 处的氯离子含量比空白试件分别降低了 37.0%和 16.0%；当应力水平达到 50%时，硅烷复合乳液的防护效果开始增强，混凝土试件 5mm 处氯离子含量则分别降低了 35.0%和 45.6%。
第 1 章 绪论
1.1 研究背景及意义
自从 19 世纪 20 年代约瑟夫·阿斯普丁研制出波特兰水泥以来，混凝土便逐渐成为近现代土木建筑工程中应用最为广泛，用量最大的建筑材料。由于混凝土的原料来源广泛、价格低廉、制备工艺简单及强度较高等优点被广泛用于楼房、道路、桥梁、水坝等工程之中。
普通混凝土在具备众多优势的同时，其耐久性却经受着严峻考验。大量工程实践证明，耐久性不足是大多数混凝土结构提前失效的根本原因。其中，环境的影响、构件的非正常使用、灾害性荷载的作用以及结构设计缺陷等因素是导致材料在使用过程中逐渐退化，构件强度逐渐减弱的主要因素。混凝土耐久性指的是混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，并不需要额外的费用来加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。影响混凝土耐久性的因素可划分为物理因素和化学因素，详见表 1.1。
一般认为，混凝土拥有良好的致密性，可以阻挡外部有害离子的侵入与破坏，但实际情况却并非如此。由于混凝土是非均质、多孔性材料，其自身的多孔性为外界的有害离子侵入提供了通道，导致混凝土材料性能劣化和衰退，进而危害混凝土结构的性能[1],给构件的正常使用与国民经济安全带来严重威胁。
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1.2 混凝土结构耐久性影响因素
1.2.1 氯离子侵蚀
通常情况下，混凝土内部呈强碱性环境，其 pH 值在 12～13 范围内波动。钢筋在这样的碱性环境中，表面会生成一层致密的氧化膜，从而隔绝外部环境中的氧气和水分，使得钢筋处于钝化状态。但当氯离子进入混凝土内部并吸附在钝化膜处时，临界浓度含量的氯离子可使局部区域酸化（pH 值可降至 4 以下），引起钝化膜溶解破坏，使得失去钝化膜保护的钢筋与尚完好的钝化膜区域形成无数微电池，铁元素失去电子，钢筋开始发生锈蚀。
1.2.2 硫酸盐侵蚀
作为混凝土耐久性影响因素之一，硫酸盐侵蚀是混凝土化学侵蚀中最广泛和最普通的形式。作为侵蚀因子，硫酸盐主要分布在内陆盆地、湖泽等地势较低的地方以及沿海地区，在我国西北地区、西南地区、沿海地区都存在硫酸盐侵蚀导致结构破坏的例子[13]。
硫酸盐在侵蚀初期会使混凝土结构表面泛白，并随着时间的推移，混凝土结构开始出现开裂、剥落现象。从侵蚀途径看，硫酸盐侵蚀分为内部侵蚀和外部侵蚀。内部侵蚀是混凝土本身含有的硫酸根离子引起的，外部侵蚀是外部环境中的硫酸根进入混凝土内部引起的。
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第 2 章 试件制备及试验方法
2.1 混凝土成型及养护
2.1.1 基本原材料
本文所用到的试验原材料主要来自青岛本地，水泥基材料包括混凝土和水泥砂浆。水泥采用了山东东岳水泥有限公司生产的 P·O·42.5 硅酸盐水泥，水泥的化学成分见表 2.1 所示；砂采用的是青岛大沽河沙场的河砂，将其过 5mm 标准筛；并参照国家标准 GB/T14684-2001 检测为中砂，颗粒级配良好，参数指标详见表 2.2；碎石为玄武岩，将所选碎石分别过 25mm 和 5mm 标准筛，使其粒径分布在 5-25mm，并用自来水将表面泥沙冲洗掉，同时参照国家标准 TGPS01-1998检测其技术指标，指标详见 2.3.本试验所使用的减水剂为江苏苏博特新材料股份有限公司生产的聚羧酸减水剂，减水效率为 30%。
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2.2 防护材料的制备与涂覆方法
2.2.1 试验原料
本试验需要制备的涂覆材料分别是 TEOS/硅烷复合乳液（简称 TS 复合乳液）[44]和氧化石墨烯/硅烷复合乳液（简称 GS 复合乳液）[45]。试验所用到的硅烷单体分别为异丁基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯（TEOS），分散剂为聚乙二醇（PEG2000），乳化剂分别为司班 80（Span80）、平平加 O（PPG O），溶剂为蒸馏水。试验原料明细见表 2.5
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第 3 章 荷载作用下硅烷复合乳液对混凝土氯离子渗透性能的影响............33
3.1 引言..............................33
3.2 混凝土氯离子侵蚀试验结果与分析...........................33
第 4 章 硅烷复合乳液对荷载作用下混凝土硫酸根离子传输与反应的影响................66
4.1 引言..............................66
4.2 混凝土中硫酸根离子的传输规律.................66
第 5 章 硅烷复合乳液对开裂水泥基材料中钢筋的防护................................85
5.1 试验设计..............85
5.1.1 不同宽度预制裂缝试件的制备..............................85
5.1.2 试验方法......................87
第 5 章 硅烷复合乳液对开裂水泥基材料中钢筋的防护
5.1 试验设计
5.1.1 不同宽度预制裂缝试件的制备
参照 2.1.3 砂浆试件制备标准，试件选用水胶比为 0.6 的水泥砂浆试件，尺寸为 40mm×40mm×160mm，试件中部放置一根Ф10mm、长度为 180mm 的热轧光圆钢筋,钢筋预先进行除锈处理，并将铜芯导线缠至钢筋端部，用环氧树脂固定其结合部位（如图 5.1 所示），再将钢筋放入 40mm×40mm×160mm 的钢模中，钢筋位于钢模中部，进行砂浆浇筑、振捣与覆盖保鲜膜，静置 24h 后拆模，并用环氧树脂密封两端裸露钢筋，目的是防止钢筋锈蚀。将处理好的试件放入养护室标准养护 28d，取出烘干备用。
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第 6 章 结论与展望
6.1 主要结论
海洋环境下混凝土结构的耐久性问题一直是该领域研究的热点和难点。研究表明，海水中的氯离子和硫酸根离子是造成钢筋混凝土结构破坏的主要因素，目前在这方面的研究也比较深入和全面，但是在实际工程中，混凝土结构往往是处于荷载作用下，因此，荷载与实际环境耦合作用对混凝土结构耐久性的影响研究则更加具有实际意义。本项目利用课题组前期开发的两种硅烷复合乳液，详细研究了硅烷复合乳液对荷载-环境耦合作用下混凝土的防护效果与机理，重点研究了荷载类型、荷载水平、硅烷类型等因素对氯离子和硫酸根离子在混凝土中分布及扩散过程的影响。
（1）硅烷复合乳液的涂覆可以有效抑制氯离子在混凝土中的扩散，但是荷载水平和类型会影响到硅烷复合乳液的防护效果。以水灰比为 0.4 的混凝土为例，在拉应力区域，随着荷载水平的增大，氯离子扩散的数量更多，但是硅烷复合乳液的防护效果更好，当荷载水平为 20%时，涂覆 GS 复合乳液和 TS 复合乳液的混凝土试件在其深度 5mm 处的氯离子含量比空白试件分别降低了 41.7%和 33.3%；当荷载水平提高到 50%时，混凝土试件 5mm 处氯离子含量则分别降低了 47.5%和40.3%。在压应力区域，氯离子的浓度有所降低，当应力水平为 35%时，涂覆 GS复合乳液和 TS 复合乳液的混凝土试件在其 5mm 处的氯离子含量比空白试件分别降低了 37.0%和 16.0%；当应力水平达到 50%时，硅烷复合乳液的防护效果开始增强，混凝土试件 5mm 处氯离子含量则分别降低了 35.0%和 45.6%。
（2）硅烷复合乳液对不同水灰比的混凝土防护效果有所不同。当混凝土的水灰比越高时，氯离子的浓度越高，扩散系数越大，但是硅烷复合乳液的防护则有效降低了氯离子的浓度和扩散系数，尤其是 GS 复合乳液在拉应力区域、高荷载水平作用下的效果更加明显。例如 50%荷载水平下，实际海洋环境暴露 90d 后，0.4水灰比的空白组混凝土试件氯离子扩散系数为 6.938×10-12m2·s-1，0.6 水灰比空白组试件氯离子扩散系数为 15.149×10-12m2·s-1，但是，涂覆了 GS 复合乳液后，0.4 水灰比试件的氯离子扩散系数降至 3.112×10-1m2·s-1，0.6 水灰比扩散系数为 3.767×10-12m2·s-1。而在压应力区域，由于硅烷复合乳液的作用，即使荷载水平提高到 50%，高水灰比试件氯离子含量分布与低水灰比试件差别也并不大。因此，在硅烷复合乳液可适用于高水灰比混凝土的防护中。
（3）硅烷复合乳液在较长期的实际海
